MATLAB水面浮动平台姿态稳定技术研究海浪模型的建立及仿真(2)
动的减摇技术以及声呐基阵稳定平台控制技术，结合水面浮动平台本身的特点，采用适合浮
动平台的姿态稳定技术。然而，无论采用何种的姿态稳定方案，水面浮动平台都摆脱不了海
浪对其的扰动。由于浮动平台实际应用中所处的环境，使得海浪成为对浮动平台影响最大的
因素，所以海浪运动的研究已成为水面浮动平台姿态稳定技术研究的基础。
海浪运动是自然界中很复杂的一类运动，其波动规律的复杂性，体现在它时间和空间上
都具有不规则性【1】。正因为海浪的不规则性，海面上有各种不同形式的波浪，例如：海流、
潮汐、风浪及内波等，它们产生机理各不相同【2】
。浮体在这些不同的海面波浪的影响下，表
现出复杂的运动规律。由于海浪运动直接影响着浮体的姿态及其作用功能等，所以建立海浪
的数学模型对研究浮动平台运动规律以及对建立浮动平台力学系统都有很大的帮助。因此，
进行海浪模拟，建立海浪模型并产生海浪信号是至关重要的。
海浪建模是海浪模拟技术中最基础的环节，也是在浮动平台姿态稳定技术研究过程中产
生海浪信号的第一环节，它的好坏直接影响着海浪模拟的效果和效率，所以选择合适的建模
方法是极为关键的。目前海浪的建模方法主要有以下几类：基于流体力学和建模方法、基于
海浪谱的建模方法、基于集几何造型的建模方法、基于动力模型的建模方法和基于分形的建
模方法【1】。
在这几种方法中，基于流体力学的建模方法是已N-S 方程组为基础，通过对流体质点各
个时刻的状态来生成海浪。这种方法效果比较真实且实用范围较广，但是该方法求解复杂，
运算量很大，效率低。基于海浪谱的建模方法是将随机海浪的特征抽象为随机过程的数学模
型，将随机海浪模型抽象为众多随机成分之和。这种方法下海浪模型包括二文和三文的海浪模型，并且该方法下模型较为简单，提高了效率。基于海浪几何造型的建模方法是从海浪的
几何形态出发，根据海浪的几何形状，人为设置浪的各属性参数值，从而在计算机上产生各
类海浪数据。这种方法主要用于游戏和卡通动画中。基于动力模型的建模方法是从运动的角
度模拟海浪，但该方法计算量较大，实用性不强。基于分型的建模方法目前主要用于海浪表
面电磁散射的模拟【1】。
通过以上对目前常用海浪建模方法的比较，结合水面浮动平台姿态稳定技术研究中对海
浪模型的要求，需要一个较为简单，计算量较小，同时又能较为真实的生成海浪的各特征参
数的模型，所以在水面浮动平台的研究过程中，选择基于海浪谱的建模方法，利用波能谱理
论，将海浪视为由多条波幅，波长完全不同的简谐波叠加而成，以此为基础建立一个能真实
反映海浪变化情况的数学模型【3,4,5】
。同时本文中利用 MATLAB，对所建立的数学模型进行仿
真，以验证这种方法的效果。并且，结合 MATLAB 的仿真结果，本文对所产生的海浪信号在浮
动平台中的应用做了初步阐述。2 海浪
2.1 海浪的基本概念
海浪的形成原因极为复杂。风是海浪形成中很重要的因素，由于风本身就是一种极为复
杂的自然现象，这就注定海浪运动的复杂性。通常我们所说的海浪指的是风浪，它是海面上
分布最广，使海面上船舶、浮体等产生摇摆运动最主要的因素【4】。风浪按其基本特征大致风
为两种基本类型：
(1)风波：在风力作用下海面形成的浪。在海平面上，由于风的作用使得平静的海面产生
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